一、飛輪電池簡介

　　飛輪電池是一種新型高效的環(huán)保電池，是一種以動能方式存儲能量的機(jī)械電池。一般由高速飛輪、電動/發(fā)動機(jī)、軸承支撐系統(tǒng)、電子變換器、真空室等組成。由于具有儲能密度高、使用壽命長、工作溫度范圍寬、效率高、儲能狀況容易測量、無污染等優(yōu)點(diǎn)而日益受到人們的關(guān)注。

二、飛輪電池儲能原理

　　飛輪電池包括三個核心部分：一個飛輪，電動機(jī)／發(fā)電機(jī)和電力電子變換裝置。

　　電力電子變換裝置從外部輸入電能驅(qū)動電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，電動機(jī)帶動飛輪旋轉(zhuǎn)，飛輪儲存動能（機(jī)械能），當(dāng)外部負(fù)載需要能量時，用飛輪帶動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，將動能轉(zhuǎn)化為電能，再通過電力電子變換裝置變成負(fù)載所需要的各種頻率、電壓等級的電能，以滿足不同的需求。由于輸入、輸出是彼此獨(dú)立的，設(shè)計(jì)時常將電動機(jī)和發(fā)電機(jī)用一臺電機(jī)來實(shí)現(xiàn)，輸入輸出變換器也合并成一個，這樣就可以大大減少系統(tǒng)的大小和重量。
　　同時由于在實(shí)際工作中，飛輪的轉(zhuǎn)速可達(dá)40000～50000r/min，一般金屬制成的飛輪無法承受這樣高的轉(zhuǎn)速，所以飛輪一般都采用碳纖維制成，既輕又強(qiáng)，進(jìn)一步減少了整個系統(tǒng)的重量，同時，為了減少充放電過程中的能量損耗（主要是摩擦力損耗），電機(jī)和飛輪都使用磁軸承，使其懸浮，以減少機(jī)械摩擦；同時將飛輪和電機(jī)放置在真空容器中，以減少空氣摩擦。這樣飛輪電池的凈效率（輸入輸出）達(dá)95%左右。

三、飛輪電池儲能過程

　　電能輸入電動機(jī)帶動飛輪旋轉(zhuǎn)，也就是飛輪電池的充電過程，飛輪達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速即為充電完成。至此，飛輪將在真空室中保持高速旋轉(zhuǎn)。由于飛輪采用磁懸浮技術(shù)，幾乎沒有機(jī)械摩擦，也就是說幾乎沒有能量損耗，所以飛輪也將維持在高速一直旋轉(zhuǎn)。當(dāng)外界需要電能時，飛輪帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動發(fā)電，飛輪的轉(zhuǎn)速也會隨之降低，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電經(jīng)過電力電子輸出設(shè)備轉(zhuǎn)換成需要的電能，達(dá)到儲能的目的。

四、飛輪電池的優(yōu)點(diǎn)

　　現(xiàn)在，使用最多最廣的儲能電池?zé)o疑是化學(xué)電池，它將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲存，再轉(zhuǎn)化為電能輸出，它價格低廉，技術(shù)成熟，但污染嚴(yán)重，效率低下，充電時間長，用電時間短，使用過程中電能不易控制。
　　另一儲能電池是超導(dǎo)電池，它把電能轉(zhuǎn)化為磁能儲存在超導(dǎo)線圈的磁場中，由于超導(dǎo)狀態(tài)下線圈沒有電阻，所以能量損耗非常小，效率也高，對環(huán)境污染也小。但由于超導(dǎo)狀態(tài)是線圈處于極低溫度下才能實(shí)現(xiàn)，維持線圈處于超導(dǎo)狀態(tài)所需要的低溫需耗費(fèi)大量能源，而且維持裝置過大，不易小型化，所以家用市場前景不強(qiáng)。
　　飛輪電池兼顧了化學(xué)電池、燃料電池和超導(dǎo)電池等儲能裝置的諸多優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)如下幾個方面：
　　1、能量密度高：儲能密度可達(dá)100～200 wh/kg，功率密度可達(dá)5000～10000 w/kg
　　2、能量轉(zhuǎn)換效率高：工作效率高達(dá)90%。
　　3、體積小、重量輕：飛輪直徑約二十多厘米，總重在十幾千克左右。
　　4、工作溫度范圍寬：對環(huán)境溫度沒有嚴(yán)格要求。
　　5、使用壽命長：不受重復(fù)深度放電影響，能夠循環(huán)幾百萬次運(yùn)行，預(yù)期壽命20年以上。
　　6、低損耗、低維護(hù)：磁懸浮軸承和真空環(huán)境使機(jī)械損耗可以被忽略，系統(tǒng)維護(hù)周期長。

　　飛輪電池的研究也已經(jīng)進(jìn)行了很多年，在理論上它是完美的儲能設(shè)備，由于目前的各種技術(shù)的局限，導(dǎo)致飛輪電池并沒有實(shí)現(xiàn)民用。筆者相信在之后的某個時期，飛輪電池將代替目前的儲能設(shè)備實(shí)現(xiàn)大面積的推廣，發(fā)揮它巨大的作用。

擴(kuò)展閱讀：
　　電動汽車電池
　　如何選擇電動汽車電池監(jiān)測系統(tǒng)
　　電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)效率測量--基于WP4000變頻功率分析儀

---